氫氣作為一種重要的化學(xué)能源載體，憑借高能量密度、零碳排放及高轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)勢，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗弧ｋ娊馑茪涫菍?shí)現(xiàn)“綠氫”經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)能源清潔轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵途徑，而開發(fā)高效、穩(wěn)定且具備規(guī)模化應(yīng)用前景的電解水催化劑是降低能耗與成本、突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)核心。
近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員趙慎龍團(tuán)隊(duì)在金屬有機(jī)框架（MOFs）電極規(guī)模化制備及電解水應(yīng)用方面取得突破。研究人員通過室溫電沉積規(guī)模化制備工藝，實(shí)現(xiàn)了分鐘級(jí)快速合成400cm2大尺寸MOFs電極，并將其應(yīng)用于堿性電解水體系。該電極展現(xiàn)出低至4.11kWh Nm?3 H2的電解能耗，且能夠?qū)崿F(xiàn)長達(dá)5000小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)表明，該MOFs電極的優(yōu)異性能源于鈰（Ce）摻雜構(gòu)建的雙金屬結(jié)構(gòu)賦予的獨(dú)特理化性質(zhì)，即Ce的引入可通過3d-2p-4f軌道相互作用調(diào)控Co的電子結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵含氧中間體的化學(xué)吸附，并顯著加速陽極氧析出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。與傳統(tǒng)無機(jī)催化劑在高活性與規(guī)模化制備難以兼顧的局限不同，CoCe-MOFs電極通過電子結(jié)構(gòu)調(diào)控與快速規(guī)模化制備策略，實(shí)現(xiàn)了效率、穩(wěn)定性及成本的協(xié)同突破。
該研究通過多維度先進(jìn)表征與理論計(jì)算，揭示了金屬摻雜對(duì)電子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)路徑及催化性能的分子級(jí)調(diào)控機(jī)制，并構(gòu)建了從材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到宏觀規(guī)模化制備的理論橋梁，為MOFs電催化劑實(shí)際應(yīng)用提供了理論支撐。下一步，研究人員將持續(xù)探索催化劑工程化放大研究，進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝與器件集成方案，推動(dòng)其在大規(guī)模綠氫生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。
相關(guān)研究成果以Scalable metal?organic framework?based electrodes for efficient alkaline water electrolysis為題，發(fā)表在《自然?化學(xué)工程》（Nature Chemical Engineering）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等的支持。
論文鏈接?
鈷鈰金屬有機(jī)框架電極結(jié)構(gòu)及堿性電解水系統(tǒng)
本文鏈接：金屬有機(jī)框架電極規(guī)模化制備及電解水應(yīng)用研究取得進(jìn)展http://www.sq15.cn/show-12-1641-0.html
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